一種超級電容器的老化工藝及老化用裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及超級電容器制備領域，具體涉及一種超級電容器的老化工藝及老化用裝置。該方法包括注液、封口和高溫老化，在封口前先對超級電容器進行預老化，預老化具體包括以下步驟：（1）將注液后的超級電容器的正負極分別與直流充放電電源的正負極相連；（2）將充放電電源的電流調至50-200A，然后在此電流范圍內對超級電容器進行充電；（3）將超級電容器充電至1.3-2.7V，充電完成后，進行恒電流放電；（4）重復步驟（2）到（3）的充放電循環2-4次；（5）將多次充放電后的超級電容器用于封口。該方法能夠排除超級電容器制造過程中的水分，避免水分對超級電容器的影響，從而提高了超級電容器的使用壽命。
【專利說明】一種超級電容器的老化工藝及老化用裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及超級電容器制備領域，具體涉及一種超級電容器的老化工藝及老化用
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]目前，超級電容器備受矚目的性能包括:循環壽命長、功率密度大、環境友好。其中，超級電容器循環壽命較電池長約數百倍。但由于超級電容器電極主要為活性炭材料，具有極強的吸附性，在生產過程中不能完全去除電極內部的水分。在使用過程中會電離出氧氣，使得超級電容器內部電極材料氧化、隔膜紙老化，最終造成超級電容器失效。即在超級電容器內部發生了不可逆的化學反應。若可以阻止或延緩這些反應的發生，那對超級電容器的性能或者壽命都是不無裨益的。
[0003]目前采用常規老化工藝來實現穩定超級電容器容量及產品性能。即一方面使電解液得到更好的浸潤，另一方面使正負極活性物質中的某些活躍成分通過一定的反應失活，使超級電容器的性能表現的更加穩定。但是目前常規老化工藝是在對超級電容器封口之后進行，那么即使老化過程中超級電容器內部殘余水分發生電離，產生的氣體也無法逸出。電離產生的氧氣會促使超級電容器碳電極材料發生氧化，即發生不可逆的化學反應，最終影響超級電容器的壽命及各種關鍵性能。因此，設計一種新型老化工藝方法確保超級電容器生產過程中的殘余水分 分解，延長其使用壽命迫在眉睫。只有對超級電容器內的殘余水分進行合理的處理，才能提高超級電容器產品性能，而目前并沒有相關的解決辦法。
[0004]同時，也為了能夠更好的對超級電容器進行老化工藝操作，就需要一個簡單可靠的超級電容器老化工裝，而目前缺少這樣的簡單有效的工具。
[0005]一個申請號為201220564012.3的實用新型專利公開了一種超級電容器老化處理夾具，具有框架，框架的兩側長框邊上分別設有正極座和負極座，正極座的內側設有正極支架，在正極座的每個安裝孔內嵌有一銅套，每個銅套中動連接一正極銅桿，正極銅桿上(前端)且處于正極座和正極支架之間設有彈簧，正極銅桿的末端伸出正極座，所有正極銅桿的末端均與正極銅線連接，負極座的內側面設有負極銅條，負極銅條的內側面設有和負極座固定連接的負極支架，每個負極座的安裝孔內設有螺栓，每一螺栓穿過負極銅條上對應的通孔連接一負極銅柱，負極銅柱緊貼負極銅條。本夾具可以對多個超級電容器同時進行老化處理，效率高且安裝和拆卸方便快捷，由于接觸充分，能夠滿足承受大電流充放電。但是這種工具結構復雜，不利于簡單化操作。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是為了克服目前的超級電容器在制造過程中采用的常規老化工藝不能將水分完全排除，導致殘余水分分解影響超級電容器產品性能的問題，提供一種超級電容器的老化工藝及老化用裝置。
[0007]為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案: 一種超級電容器的老化工藝，包括注液、封口和高溫老化，在封口前先對超級電容器進行預老化，預老化具體包括以下步驟:
(1)將注液后的超級電容器的正負極分別與直流充放電電源的正負極相連；
(2)將充放電電源的電流調至50-200A，然后在此電流范圍內對超級電容器進行充電；
(3)將超級電容器充電至1.3-2.7V，充電完成后，進行恒電流放電；
(4)重復步驟(2)到(3)的充放電循環若干次；
(5)將多次充放電后的超級電容器用于封口。
[0008]本發明的方法，主要是采用充電放電將超級電容器內的殘余水分發生電解反應，在反應過程中，水分解為氫氣和氧氣，并排出超級電容器外，從而避免了水分對超級電容器的負面影響。此過程在干燥的環境中進行，從而避免水分對超級電容器的二次污染。
[0009]作為優選，所述預老化所處的外部環境的干燥度為< 130ppm。老化工藝處于干燥的環境中進行，能夠促使電解反應的進行，避免外部環境中的水分對超級電容器的二次污染。嚴格的干燥度可以降低空氣中的水分對超級電容器的影響，在此干燥范圍內，隨著干燥度的增加，老化處理的效果存在著變化。外部環境的干燥度為< 40ppm時，外部環境要求較苛刻，不利于工業化生產的進行，并且較低的干燥度并不能顯著提高超級電容器的性能；夕卜部環境的干燥度為40-70ppm時，不僅便于實際生產操作，而且在此干燥度范圍內空氣能夠使超級電容器的性能更加穩定。因此最優化的外部環境的干燥度范圍為40-70ppm。
[0010]作為優選，所述步驟(4)中重復步驟(2)到(3)的充放電循環2-4次。經過2_4次循環放電后，對超級電容器的老化效果較好，低于2次，水分去除不完全，超過4次，會帶來負面影響。重復步驟(2)到(3)是為了將超級電容器內的水分去除到要求的水平，從而避免水分對超級電容器性能的影響。
[0011]作為優選，步驟(2)和步驟(3)的環境溫度為25_30°C。合適的外部環境溫度，避免老化工藝中的充電過程對超級電容器造成損害。
[0012]作為優選，在步驟(2)前首先用直流脈沖電源充電至1.3-1.5V，充電完成后，恒電流放電。在通過直流脈沖電源充電并放電后，能夠提高超級電容器的穩定性，降低超級電容器的容量隨著時間的變化而減少的程度，避免超級電容器內阻隨著時間而增加。
[0013]作為優選，在步驟(4)后采用直流脈沖電源在30_35°C充電至超級電容器容量的80%，然后恒電流放電。在此條件下進行此過程的反應，可以提高超級電容器的抗衰老性，不僅可以提高超級電容器的壽命，還可以避免電容器容量隨著時間的降低。
[0014]一種超級電容器老化工藝用裝置，包括基座，基座上設有豎直的圓管形主體，主體側壁開設有用于放置超級電容器的試驗口，主體的頂部和底部分別設有用于連接外部電源正負極的連接片。
[0015]作為優選，主體下部側壁開設有若干個限位孔，主體內下部設有彈簧，彈簧上方設有底座，底座側壁下部設有與限位孔對應的限位片，限位片一端與底座固連，一端穿過限位孔伸出主體外，位于主體底部的連接片與底座相連。
[0016]作為優選，主體頂部設有頂蓋，頂蓋上設有排氣口，主體頂部的連接片與頂蓋相連。
[0017]作為優選，所述底座為圓柱形，且與主體內部相配。
[0018]通過在主體內設置一個底座，并在底座上下設置彈簧，從而可以使得底座可以隨著彈簧的伸縮改變底座與主體頂部的距離，這樣就可以在主體內放置不同大小的超級電容器了。同時，在將超級電容器放入主體內后，彈簧的彈力也可以將超級電容器向上壓緊。
[0019]本發明與現有技術相比，有益效果是:
I在超級電容器常規老化工藝前增加預老化工藝，可以達到在封口之前將電容器內部多余水分分解并排出，避免水分對超級電容器因水分分解而氧化；
2可提高超級電容器的使用壽命及關鍵性能參數，同時可縮短常規老化工藝的時間，提高生產效率。
[0020]3防止超級電容器在使用過程中發生過多的化學反應，極大地提高了超級電容器的穩定性，并最終延長其壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的一種結構示意圖；
圖2是高溫壽命試驗中容量的衰減曲線對比圖；
圖3是高溫壽命試驗中內阻的遞增曲線對比圖。
[0022]圖中:I基座，2主體，3試驗口，4連接片，5限位孔，6彈簧，7底座，8限位片，9頂蓋，10排氣口。
【具體實施方式】
[0023]下面通過具體實施例對本發明的技術方案作進一步描述說明。
[0024]如果無特殊說明，本發明的實施例中所采用的原料均為本領域常用的原料，實施例中所采用的方法，均為本領域的常規方法。
[0025]實施例1:
一種超級電容器的老化工藝，包括注液、封口和高溫老化，在封口前先對超級電容器進行預老化，預老化具體包括以下步驟:
(I)將注液后的超級電容器的正負極分別與直流充放電電源的正負極相連；
(2 )將充放電電源的電流調至50A，然后在此電流范圍內對超級電容器進行充電；
(3 )將超級電容器充電至2V，充電完成后，進行恒電流放電；
(4 )重復步驟(2 )到(3 )的充放電循環4次；
(5)將多次充放電后的超級電容器用于封口。
[0026]所述預老化所處的外部環境的干燥度為130ppm，步驟(2)和步驟(3)的環境溫度為 25-30 0C ο
[0027]一種超級電容器老化工藝用工裝，如圖1所示，包括基座1，基座I上用螺栓固定了一個豎直的圓管形主體2，主體2側壁剖開形成一個用于放置超級電容器的試驗口 3，主體2的頂部和底部分別設置了用于連接外部電源正負極的連接片4，且主體2頂部設有頂蓋9，頂蓋9上開設了一個用于排放老化過程中產生的氣體的排氣口 10，主體2頂部的連接片4與頂蓋9相連。主體2下部側壁開設有三個限位孔5，限位孔5與上方的試驗口 3不連通，主體2內下部設置有彈簧6，彈簧6上方設置有一個與主體2內部相配的圓柱形底座7，底座7側壁下部設有兩個與限位孔5對應的限位片8，限位片8 一端與底座7固連，一端穿過限位孔5伸出主體2外，位于主體2底部的連接片4也與底座7相連。[0028]在使用時，將超級電容器由試驗口 3放入主體2內，然后將主體上下兩個連接片與外部電源的正負極分別相連，從而對超級電容器進行老化工藝操作。
[0029]實施例2:
一種超級電容器的老化工藝，包括注液、封口和高溫老化，在封口前先對超級電容器進行預老化，預老化具體包括以下步驟:
(1)將注液后的超級電容器的正負極分別與直流充放電電源的正負極相連；
(2)首先用直流脈沖電源充電至1.5V，充電完成后，恒電流放電，然后將充放電電源的電流調至100A，在此電流范圍內對超級電容器進行充電；
(3 )將超級電容器充電至2.7V，充電完成后，進行恒電流放電；
(4)重復步驟(2)到(3)的充放電循環2次；然后采用直流脈沖電源在30-35°C充電至超級電容器容量的80%，恒電流放電；
(5)將多次充放電后的超級電容器用于封口。
[0030]預老化所處的外部環境的干燥度為70ppm，步驟(2)和步驟(3)的環境溫度為25-30。。。
[0031]所用裝置與實施例1相同。
[0032]實施例3:
一種超級電容器的老化工藝，包括注液、封口和高溫老化，在封口前先對超級電容器進行預老化，預老化具體包括以下步驟:
(1)將注液后的超級電容器的正負極分別與直流充放電電源的正負極相連；
(2)首先用直流脈沖電源充電至1.3V，充電完成后，恒電流放電，然后將充放電電源的電流調至200A，并在此電流范圍內對超級電容器進行充電；
(3)將超級電容器充電至1.3V，充電完成后，進行恒電流放電；
(4)重復步驟(2)到(3)的充放電循環3次；然后采用直流脈沖電源在30-35°C充電至超級電容器容量的80%，并恒電流放電；
(5)將多次充放電后的超級電容器用于封口。
[0033]所述預老化所處的外部環境的干燥度為40ppm，步驟(2 )和步驟(3 )的環境溫度為25-30。。。
[0034]所用裝置與實施例1相同。
[0035]采用本發明的老化工藝與常規老化工藝對超級電容器的分別處理后的詳細處理效果對比見圖2和圖3。
[0036]由圖2可以看出，在高溫試驗中，經過本發明的老化工藝處理后的超級電容器比經過常規處理后的超級電容器容量衰減較緩；
由圖3可以看出，在高溫試驗中，經過本發明的老化工藝處理后的超級電容器比經過常規處理后的超級電容器內阻增加較少。
[0037]因此本發明的超級電容器的老化處理工藝與現有的常規超級電容器的老化處理工藝相比，具有更多的優勢。
【權利要求】
1.一種超級電容器的老化工藝，包括注液、封口和高溫老化，其特征在于，在封口前先對超級電容器進行預老化，預老化具體包括以下步驟: (1)將注液后的超級電容器的正負極分別與直流充放電電源的正負極相連； (2)將充放電電源的電流調至50-200A，然后在此電流范圍內對超級電容器進行充電； (3)將超級電容器充電至1.3-2.7V，充電完成后，進行恒電流放電； (4)重復步驟(2)到(3)的充放電循環若干次； (5)將多次充放電后的超級電容器用于封口。
2.根據權利要求1所述的一種超級電容器老化工藝，其特征在于，所述預老化所處的外部環境的干燥度為< 130ppm。
3.根據權利要求1所述的一種超級電容器老化工藝，其特征在于，所述步驟(4)中重復步驟(2)到(3)的充放電循環2-4次。
4.根據權利要求1所述的一種超級電容器老化工藝，其特征在于，步驟(2)和步驟(3)的環境溫度為25-30°C。
5.根據權利要求1所述的一種超級電容器老化工藝，其特征在于，在步驟(2)前首先用直流脈沖電源充電至1.3-1.5V，充電完成后，恒電流放電。
6.根據權利要求1所述的一種超級電容器老化工藝，其特征在于，在步驟(4)后采用直流脈沖電源在30-35 °C充電至超級電容器容量的80%，然后恒電流放電。
7.—種如權利要求1所述的一種超級電容器老化工藝用裝置，其特征在于，包括基座(1)，基座(I)上設有豎直的圓管形主體(2)，主體(2)側壁開設有用于放置超級電容器的試驗口(3)，主體(2)的頂部和底部分別設有用于連接外部電源正負極的連接片(4)。
8.根據權利要求7所述的一種超級電容器老化工藝用工裝，其特征在于，主體(2)下部側壁開設有若干個限位孔(5)，主體(2)內下部設有彈簧(6)，彈簧(6)上方設有底座(7)，底座(7)側壁下部設有與限位孔(5)對應的限位片(8)，限位片(8)—端與底座(7)固連，一端穿過限位孔(5)伸出主體(2)外，位于主體(2)底部的連接片(4)與底座(7)相連。
9.根據權利要求7所述的一種超級電容器老化工藝用工裝，其特征在于，主體(2)頂部設有頂蓋(9)，頂蓋(9)上設有排氣口(10)，主體(2)頂部的連接片(4)與頂蓋(9)相連。
10.根據權利要求7所述的一種超級電容器老化工藝用工裝，其特征在于，所述底座(7)為圓柱形，且與主體(2)內部相配。
【文檔編號】H01G13/00GK104008898SQ201410040381
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】薛曉楠, 王恒, 阮殿波, 傅冠生, 張洪權, 陳照平, 吳震寰 申請人:寧波南車新能源科技有限公司